(57)【要約】 薄膜型の太陽電池１の電力を昇圧チョッパ回路（１０）によって所定の直流電圧２Ｅへ昇圧し、インバータ回路（２０）にて三相交流電力に変換し、出力直流電圧回路（４）を介して交流電源系統（５）に供給する。太陽電池（１）は、非接地系で負極Ｎは大地との間に浮遊静電容量Ｃｓを有する。交流電源系統（５）は三相スター結線で中性点が接地されている。出力直流電圧回路（４）は３個のバッテリ（４ａ）を有し、各バッテリ（４ａ）がインバータ回路（２０）の交流出力側に接続された正弦波フィルタ（３０）と交流電源系統（５）との間に各相毎に挿入され、例えば交流電源系統（５）の電圧を２２０Ｖとした場合、直流電圧Ｅを１８０Ｖ、バッテリ（４ａ）の電圧を１９０Ｖ程度にすると、大地に対する太陽電池の負極の電位がプラス１０Ｖ程度となり、負電位にならないので、太陽電池の劣化の加速を防止できる。
2011024374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を接地された交流電源系統に絶縁手段を介することなく接続する太陽光発電用パワーコンディショナであって、電力変換装置とバイアス印加装置とを有し、
上記電力変換装置は、上記太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換するものであり、
上記バイアス印加装置は、上記電力変換装置と上記交流電源系統との間に直列に挿入され上記太陽電池の負極側がマイナス電位にならないように上記太陽電池にバイアス電圧を与えるものである
太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項２】
上記太陽電池は、薄膜型太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項３】
上記バイアス印加装置は、上記直流電力の電圧の１／２以上のバイアス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項４】
上記バイアス印加装置は、コンデンサと充電回路とを有するものであって、
上記コンデンサは、上記電力変換装置と上記交流電源系統との間に直列に挿入されるものであり、
上記充電回路は、上記直流電力を上記コンデンサに充電して上記バイアス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項５】
上記コンデンサは、そのインピーダンスが上記電力変換装置の定格インピーダンスの５％以下に設定されたものであることを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項６】
上記コンデンサは、電解コンデンサであり、
ダイオードが設けられたものであって、
上記ダイオードはその陰極側が上記電解コンデンサの正極側に接続されるようにして上記電解コンデンサに並列に接続されたものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項７】
連系スイッチが設けられたものであって、
上記連系スイッチは、上記バイアス印加装置と上記交流電源系統との間に設けられ、上記バイアス印加装置の出力電圧が上記直流電力の電圧の１／２以上になったとき閉路されるものであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項８】
上記交流電源系統は、三相の各相電源がスター結線されるとともに中性点が接地された三相スター結線交流電源系統であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項９】
上記交流電源系統は、三相の各相電源がデルタ結線されるとともに一相が接地された三相デルタ結線交流電源系統であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電用パワーコンディショナの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池と交流電源系統とを連系する太陽光発電用パワーコンディショナは、太陽電池で発電された直流電力を交流電力に変換する機能、及び交流電源系統へ連系する機能を有する。交流電源系統へ送出された交流電力は、交流電源系統に接続される負荷で消費される。例えば、太陽光発電用パワーコンディショナとしての系統連系インバータは、直流電源（太陽電池）から入力される直流電力を、入出力間が絶縁されていないコンバータ回路及びインバータ回路を経て交流電力に変換し、接地された交流電源系統に出力する（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
この構成では、太陽電池と交流電源系統は非絶縁で繋がっている。また、交流電源系統の中性点は接地されている。このため、太陽電池は大地（アース）と絶縁する必要があり、結果として太陽電池と大地間には浮遊静電容量Ｃｓが生じる。交流電源系統側の中性点電圧は、インバータ回路の直流中性点電圧とほぼ同電圧となる。ここで、インバータ回路の直流側が接続される直流コンデンサの電圧を２Ｅボルトとすると、浮遊静電容量Ｃｓの電圧（大地から見た負極Ｎの電圧）は−Ｅボルトとなる。つまり、太陽電池の負極Ｎは負バイアスされる。【０００４】
ところで、太陽電池は結晶型と薄膜型に分類される。太陽電池の負極Ｎが負バイアスされた状態で使用された場合、薄膜型においては太陽電池の劣化が加速するという報告がなされている（例えば、非特許文献１参照）。このため、薄膜型太陽電池を使用する場合は、負極Ｎを接地するのが一般的である。しかし、負極Ｎの接地方式は非絶縁システムには適用できない。【０００５】
また、太陽電池の劣化を抑えるために、太陽電池の直流電力を交流電力に変換する電力変換部に絶縁トランスを設け、当該絶縁トランスを介して太陽電池と交流電源系統とを連系するとともに、電圧変換部を設けて太陽電池の正極及び負極のいずれについても対地電圧が０Ｖよりも大きくなるようにシフトするものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２７５２５９号公報（段落番号００２７及び図１）
【特許文献２】特開２００８−０４７８１９号公報（段落番号００４０，００４１、図３及び図４）
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Neelkanth他著  ”High−Voltage  Bias  Testing  of  Thin−Film  PV  Modules”，Poster  1923−1926，3rd  World  Conference  on  Photovoltaic  Energy  Conversion，May  11−18，2003，Osaka，Japan  Poster  1926  左欄第１７行〜第３１行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
薄膜型太陽電池を非絶縁システムに使用した場合、太陽電池自身の劣化が懸念される。このため、薄膜型太陽電池を使用する場合、太陽光発電用パワーコンディショナを絶縁システムにしていた。具体的な絶縁方法としては、上述のように交流電源系統の前段に出力トランス（絶縁トランス）を接続する。出力トランスによって、太陽電池と交流電源系統とは絶縁されるため、負極Ｎを接地することが可能となる。しかし、この出力トランスでは電力損失が発生する。具体的には、巻線導体では銅損が発生し、鉄心では鉄損が発生する。太陽光発電用パワーコンディショナの基本機能は、太陽電池で発電された直流電力を無駄なく交流電力へ変換することであるが、前述の損失はこの機能を阻害する要因となる。すなわち、太陽電池の劣化の加速を防止しようとすると負極Ｎを接地しなければならず、接地された交流電源系統と連系するためには交流電源系統の前段に出力トランスを設ける必要があり、電力損失が増加する。また、損失によって生じる熱を外部へ排出するための換気電力も必要となる。さらに、出力トランスは一般に寸法も重量も大きいため、価格や実装上の課題も生じる。【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、太陽電池の劣化の加速を防止できるとともに電力損失を低減できる太陽光発電用パワーコンディショナを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る太陽光発電用パワーコンディショナにおいては、太陽電池を接地された交流電源系統に絶縁手段を介することなく接続する太陽光発電用パワーコンディショナであって、電力変換装置とバイアス印加装置とを有し、
電力変換装置は、太陽電池が発電する所定電圧の直流電力を交流電力に変換するものであり、
バイアス印加装置は、電力変換装置と交流電源系統との間に直列に挿入され太陽電池の負極側がマイナス電位にならないように太陽電池にバイアス電圧を与えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、太陽電池を接地された交流電源系統に絶縁手段を介することなく接続する太陽光発電用パワーコンディショナであって、電力変換装置とバイアス印加装置とを有し、
電力変換装置は、太陽電池が発電する所定電圧の直流電力を交流電力に変換するものであり、
バイアス印加装置は、電力変換装置と交流電源系統との間に直列に挿入され太陽電池の負極側がマイナス電位にならないように太陽電池にバイアス電圧を与えるものであるので、
太陽電池の劣化の加速を防止できるとともに電力損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。
【図３】図２の出力直流電圧回路の充放電動作を説明するために、１相分だけを抜き出した回路図である。
【図４】図２の出力直流電圧回路の充放電動作を説明するために、１相分だけを抜き出した回路図である。
【図５】図２の出力直流電圧回路の充放電動作を説明するために、１相分だけを抜き出した回路図である。
【図６】図２の出力直流電圧回路の充放電動作を説明するために、１相分だけを抜き出した回路図である。
【図７】この発明の実施の形態３である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態５である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態６である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態７である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図１において、薄膜型の太陽電池１で発電された直流電力は、昇圧チョッパ回路１０によって所定電圧である直流電圧２Ｅボルトの直流電力に変換（昇圧）される。昇圧された直流電力は、電力変換装置としてのインバータ回路２０にて三相交流電力に変換され、正弦波フィルタ３０、及びバイアス印加装置としての出力直流電圧回路４を介して交流電源系統５に接続される。太陽電池１は、接地されておらず、その負極Ｎは、大地との間に浮遊静電容量Ｃｓの等価コンデンサ３にて接地された形になっている。交流電源系統５は三相の各相の電源がスター結線された三相スター結線交流電源系統であり、その中性点が接地されている。
【００１４】
なお、昇圧チョッパ回路１０は、入力コンデンサ１１、昇圧リアクトル１２、ＩＧＢＴ素子１３、ダイオード素子１５を有し、太陽電池１の正極Ｐと負極Ｎとの間に接続されている。インバータ回路２０は、三相全波ブリッジ回路に結線されたスイッチング素子としてのＩＧＢＴ素子２１〜２６及び直流コンデンサ２８を有する三相２レベルインバータ回路である。正弦波フィルタ３０は、フィルタリアクトル３１とフィルタコンデンサ３２を有し、フィルタリアクトル３１がインバータ回路２０と出力直流電圧回路４との間に直列に接続され、フィルタリアクトル３１の出力直流電圧回路４側に各コンデンサユニットがデルタ結線されたフィルタコンデンサ３２が接続されている。出力直流電圧回路４は、３個のバッテリ４ａを有し、各バッテリ４ａがインバータ回路２０の交流出力側に接続された正弦波フィルタ３０のフィルタリアクトル３１と交流電源系統５との間に各相毎に正極側がフィルタリアクトル３１側になるようにして挿入されている。
【００１５】
従来の太陽光発電用パワーコンディショナと異なるのは、インバータ回路２０と交流電源系統５との間に出力直流電圧回路４を直列に挿入していることである。ここで、各相のバッテリ４ａの電圧は全て同じ値とし、出力直流電圧回路４の接続による影響が線間電圧に現れないようにする。
【００１６】
次に、動作について説明する。昇圧チョッパ回路１０、インバータ回路２０、正弦波フィルタ３０は従来のものと同様であるので、ここでは詳細な回路動作の説明は省略する。ここで、直流電力の所定電圧としての直流コンデンサ２８の電圧を２Ｅボルトとする。出力直流電圧回路４すなわちバッテリ４ａの電圧が０ボルトであるとした場合は、接続による効果は現れず、交流電源系統５側の中性点電圧は、インバータ回路２０の直流中性点電圧とほぼ同電圧、すなわちＥボルトとなる。この結果、太陽電池１と大地間の浮遊静電容量Ｃｓの等価コンデンサ３の電圧（大地から見た負極Ｎの電圧）は−Ｅボルトとなる。例えば、バッテリ４ａの電圧を上記所定電圧２Ｅボルトの１／２の値であるＥボルトに設定した場合、各相の相電圧はＥボルトバイアスされ、それぞれＥボルト減少する。ただし、前述したように線間電圧では影響が現れない。交流電源系統５側の中性点電圧もＥボルト減少するので０ボルトとなり、この結果として等価コンデンサ３の電圧も０ボルトとなる。
【００１７】
上述のようにバッテリ４ａの電圧をＥボルトに設定すれば等価コンデンサ３の電圧も０ボルトとなるが、若干の余裕を見てバッテリ４ａの電圧をＥ＋ａボルトに設定する。バッテリ４ａの電圧をＥ＋ａボルトに設定した場合、各相の相電圧はそれぞれＥ＋ａボルト減少し、交流電源系統側の中性点電圧もＥ＋ａボルト減少して−ａボルトとなる。この結果、浮遊静電容量Ｃｓの電圧は＋ａボルトとなる。このように、バッテリ４ａの電圧の電圧を変えることによって、太陽電池１と大地間の浮遊静電容量Ｃｓの電圧を任意に設定することができる。なお、この実施の形態においては例えば交流電源系統５の電圧を２２０ボルトとした場合、Ｅを１８０ボルト（直流）、ａを１０ボルト程度にする。
【００１８】
以上のように、太陽電池１として薄膜型を使用し、かつ非絶縁システムへ適用した場合においても、バッテリ４ａにより所定電圧としての電圧２Ｅボルトの１／２以上すなわちＥボルト以上のバイアス電圧を与えることにより、太陽電池１の負極Ｎを負バイアスすることなくすなわち太陽電池１の負極Ｎがマイナス電位になることはなく、０ボルトあるいは正バイアスすることができる。そして、薄膜型太陽電池の劣化の加速を抑制することができる。また、太陽電池と交流電源系統とを絶縁するために交流電源系統の前段に出力トランスを設ける必要もないので、出力トランスの電力損失をなくすことができ、全体の電力損失を低減できる。
【００１９】
実施の形態２．
図２、図３は、実施の形態２を示すものであり、図２は太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図、図３〜図６は充放電動作を説明するために１相分（Ｘ相分）だけを抜き出した回路図である。実施の形態１では、バッテリ４ａを直列に接続した場合について示したが、バッテリ４ａの代わりにコンデンサを用いることができる。このコンデンサには、その直流電圧を制御する充放電回路が必要である。図２において、出力直流電圧回路６は、図１における各バッテリ４ａを出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚに置換し、かつ各相の出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの充電回路６３ｘ〜６３ｚ及び放電回路６４ｘ〜６４ｚを設けている。出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚは、インバータ回路２０の交流出力側に接続された正弦波フィルタ３０のフィルタリアクトル３１と交流電源系統５との間に、各相毎に正極側がフィルタリアクトル３１側になるようにして挿入されている。
【００２０】
各充電回路６３ｘ〜６３ｚは、ＩＧＢＴ素子ＴＮ、ダイオードＤＮ、限流抵抗ＲＮをそれぞれ有し、各出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの負端子と直流コンデンサ２８の負端子との間にそれぞれ接続される。また、放電回路６４ｘ〜６４ｚは、ＩＧＢＴ素子ＴＰ及び限流抵抗ＲＰをそれぞれ有し、直流コンデンサ２８の正端子と出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの負端子との間にそれぞれ接続される。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００２１】
次に、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの充放電動作を説明する。
図３〜図６は、充放電動作を説明するために、１相（Ｘ相）分だけを抜き出した回路図である。動作はＸ相に注目して説明する。インバータ回路の構成要素であるＩＧＢＴ素子２１とＩＧＢＴ素子２２は、例えばパルス幅変調に従って交互にオンオフする。一方、充電回路６３ｘのＩＧＢＴ素子ＴＮと、放電回路６４ｘのＩＧＢＴ素子ＴＰは、それぞれ充電指令と放電指令に従ってオンオフする。出力コンデンサ６１ｘを充電する［動作モード１］場合は、図３に示すように、充電回路６３ｘのＩＧＢＴ素子ＴＮをオンする。インバータ回路２０のＩＧＢＴ素子２１がオンしている期間は、直流コンデンサ２８によって出力コンデンサ６１ｘが充電される。充電電流は、充電回路６３ｘの限流抵抗ＲＮによって抑制される。
【００２２】
一方、インバータ回路２０のＩＧＢＴ素子２２がオンしている期間である［動作モード２］は、図４に示すよう電流が流れようとするが充電回路６３ｘのダイオードＤＮにて阻止されるので流れることができず、出力コンデンサ６１ｘは充電も放電もされない。充電回路６３ｘのダイオードＤＮは、ＩＧＢＴ素子２２がオンしている期間の出力コンデンサ６１ｘの放電を阻止する機能を有する。出力コンデンサ６１ｘを放電する［動作モード３，動作モード４］場合は、図５、図６に示すように、放電回路６４ｘのＩＧＢＴ素子ＴＰをオンする。放電回路６４ｘのＩＧＢＴ素子ＴＰがオンしていると、インバータ回路２０のＩＧＢＴ素子２１とＩＧＢＴ素子２２のいずれがオンしている期間においても出力コンデンサ６１ｘの放電電流経路が形成される。放電電流は、放電回路６４ｘの限流抵抗ＲＰによって抑制される。
【００２３】
直流コンデンサ２８の電圧が２Ｅボルトの場合は、出力コンデンサ６１ｘの電圧指令値をＥボルトとして、充電回路６３ｘのＩＧＢＴ素子ＴＮと放電回路６４ｘのＩＧＢＴ素子ＴＰをオンオフ制御する。すると、太陽電池１と大地間の浮遊静電容量Ｃｓの等価コンデンサ３の電圧は０ボルトとなる。また、上記の電圧指令値をＥ＋ａボルトに設定すると、等価コンデンサ３の電圧はａボルトとなる。つまり、出力コンデンサ６１ｘの電圧指令値を変えることによって、太陽電池１と大地間の等価コンデンサ３の電圧を任意に設定することができる。従って、太陽電池１として薄膜型を使用し、かつ非絶縁システムへ適用した場合においても、太陽電池１の負極Ｎがマイナス電位にバイアスされることなく、０ボルトあるいは正バイアスすることができる。すなわち、所定電圧としての電圧２Ｅボルトの１／２以上すなわち電圧Ｅボルト以上のバイアス電圧を与えることにより、薄膜型の太陽電池の劣化の加速を抑制することができる。
【００２４】
なお、システム運用の都合によって、太陽光発電用パワーコンディショナの運転中に、直流コンデンサ２８の電圧を変化させる場合がある。このとき、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの電圧を直流コンデンサ２８の電圧に従って変化させる。直流コンデンサ２８の電圧を上昇させた場合は充電回路６３ｘ〜６３ｚによって出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚを充電し、直流コンデンサ２８の電圧を減少させた場合は放電回路６４ｘ〜６４ｚによって出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚを放電することによって、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの電圧を変化させる。
【００２５】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図７において、出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚは、そのインピーダンスが交流電源系統５のインピーダンスの５％にされており、正弦波フィルタ３０のフィルタリアクトル３１と交流電源系統５との間に、各相毎に正極側がフィルタリアクトル３１側になるようにして挿入されている。その他の構成については、図２に示した実施の形態２と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚには出力電流が流れるため、出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚの端子電圧は変動する。また、三相交流の場合、その電圧変動には位相差が存在する。理想的には、出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚの端子電圧変動は零ボルトであることが望ましい。従って、実際の太陽光発電用パワーコンディショナでは、出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚのインピーダンスを可能な限り小さくすることが望ましく、出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚの具体的なインピーダンスとしては５％以下が適当である。従って、この実施の形態においては、静電容量の大きな電解コンデンサを適用し、かつ、そのインピーダンスを交流電源系統５のインピーダンスの５％にしている。
【００２６】
三相の交流電源系統電圧を２２０Ｖ、定格電流を５０Ａとすると、５％インピーダンスは以下となる。
２２０Ｖ／√３／５０Ａ×５％＝１２７ｍΩ
交流電源系統周波数を６０Ｈｚとすると、出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚの静電容量は以下となる。
１／（１２７ｍΩ×２×π×６０Ｈｚ）＝２１ｍＦ
【００２７】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図８において、ダイオード８１ｘ〜８１ｚが、出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚのそれぞれに逆並列に、すなわち、各ダイオード８１ｘ〜８１ｚの陰極側が出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚの正極側になるようにして並列に接続されている。その他の構成については、図７に示した実施の形態３と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚとして電解コンデンサを用いているが、電解コンデンサは逆方向に充電すると破壊するため、いかなる条件においても逆充電されないよう対策を施す必要である。逆充電を防止するための具体的な手段として、電解コンデンサである出力コンデンサ７１ｘ〜７１ｚと逆並列にダイオード８１ｘ〜８１ｚをそれぞれ接続している。
【００２８】
実施の形態５．
図９は、実施の形態５である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図９において、実際の太陽光発電用パワーコンディショナは、インバータ回路２０と交流電源系統５との間に連系スイッチ１０１を備えている。その他の構成については、図２に示した実施の形態２と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。連系スイッチ１０１は、インバータ回路２０を交流電源系統５に接続する準備が整った時点に閉路する。すなわち、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚを初期充電し、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの電圧が所定値以上になった時点で連系スイッチ１０１を閉路し、太陽電池１と交流電源系統５とをインバータ回路２０を介して連系する。
【００２９】
出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚが零ボルトあるいは非常に低い電圧の状態で連系スイッチ１０１を閉路し、インバータ回路２０から交流電流を流し始めると、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚが過渡的に逆充電される可能性がある。従って、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚを所定の電圧まで初期充電した後に連系スイッチ１０１を閉路し、インバータ回路２０から交流電流を流し始めることが望ましい。出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚを初期充電する際には、以下のようにＩＧＢＴ素子２１〜２３及び充電回路９ｘ〜９ｚをオンする。
Ｕ相の出力コンデンサ６１ｘ：ＩＧＢＴ素子２１と充電回路６３ｘ
Ｖ相の出力コンデンサ６１ｙ：ＩＧＢＴ素子２３と充電回路６３ｙ
Ｗ相の出力コンデンサ６１ｚ：ＩＧＢＴ素子２５と充電回路６３ｚ
初期充電電圧は、太陽電池１すなわち直流コンデンサ２８の電圧を２Ｅボルトとすると、初期充電時における出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの目標電圧を例えば半分のＥボルトに設定し、太陽電池から出力される直流電力の電圧の１／２以上になったとき連系スイッチ１０１を閉路する。これにより、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚが過渡的に逆充電されるのを防止する。
【００３０】
実施の形態６．
図１０は、実施の形態６である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。図１０において、正弦波フィルタ１３０はフィルタコンデンサ１３２を有し、フィルタコンデンサ１３２をスター結線し、その共通接続点側を直流コンデンサ２８の負端子（太陽電池１の負極Ｎ）と接続している。また、各充電回路９ｘ〜９ｚが、直流コンデンサ２８の正端子（太陽電池１の正極Ｐ）と各出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの正端子との間に接続されている。なお、各充電回路９ｘ〜９ｚは、ＩＧＢＴ素子Ｔと限流抵抗Ｒとが直列に接続されたものである。その他の構成については、図９に示した実施の形態５と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００３１】
ここで、Ｕ相の出力コンデンサ６１ｘを初期充電するためにＩＧＢＴ素子２１と充電回路６３ｘをオンすると、直流コンデンサ２８→ＩＧＢＴ素子２１→フィルタリアクトル３１→フィルタコンデンサ１３２→直流コンデンサ２８という経路にてフィルタコンデンサ１３２も充電される。しかし、その充電電流ピークはインバータ回路２０の過電流レベルに達するおそれがあり、また電流や電圧の振動も継続的になるため、回路動作として好ましくない。この対策として、正弦波フィルタ１３０をこのようにフィルタコンデンサ１３２をスター結線とする場合には、初期充電用の充電回路９ｘ〜９ｚを別途接続することによって、上記問題を回避することができる。この場合、Ｕ相の出力コンデンサ６１ｘを初期充電する際には、充電回路９ｘと充電回路６３ｘをオンする。Ｕ相の出力コンデンサ６１ｘの充電電流は、充電回路９ｘの限流抵抗Ｒ及び充電回路６３ｘの限流抵抗ＲＮによって安全な値に限流される。また、充電回路９ｘのオンにより、フィルタコンデンサ１３２が充電されるが、充電フィルタコンデンサ１３２の充電電流も充電回路９ｘの限流抵抗Ｒによって安全な値に限流される。
【００３２】
実施の形態７．
図１１は、実施の形態７である太陽光発電用パワーコンディショナの構成を示す構成図である。以上の各実施の形態における交流電源系統５は、三相の各相がスター結線され中性点が接地されるものであった。上記以外としては、デルタ結線でそのうちの一つの相例えばＶ相が接地される場合がある。この場合にも、上述したのと同様の課題が生じる。この実施の形態は、このような場合に本発明を適用したものである。図１１において、太陽電池１で発電された直流電力は、昇圧チョッパ回路２１０によって所定の直流電圧Ｅボルトへ昇圧される。昇圧された直流電力は、インバータ回路２２０にて三相交流電力に変換され、正弦波フィルタ２３０、及び出力直流電圧回路４を介して交流電源系統５０に接続される。太陽電池１は、接地されておらず、その負極Ｎは、大地との間に浮遊静電容量Ｃｓの等価コンデンサ３にて接地された形になっている。交流電源系統５０は三相の各相の電源がデルタ結線された三相デルタ結線交流電源系統であり、そのＶ相が接地されている。
【００３３】
なお、昇圧チョッパ回路２１０は、入力コンデンサ１１、昇圧リアクトル１２、ＩＧＢＴ素子１３、ダイオード素子１５を有する。インバータ回路２２０は、単相全波ブリッジ回路に結線されたスイッチング素子としてのＩＧＢＴ素子２２１〜２２４及び直流コンデンサ２２８を有する単相２レベルインバータ回路であり、２個の直流コンデンサ２２８が直列に接続され、ダイオード素子１５の陰極側と太陽電池１の負極Ｎとの間に接続されている。正弦波フィルタ２３０は、フィルタリアクトル２３１とフィルタコンデンサ２３２を有する。フィルタリアクトル２３１がインバータ回路２２０と出力直流電圧回路４との間に直列に接続されている。フィルタコンデンサ２３２は、フィルタリアクトル２３１の出力直流電圧回路４側と太陽電池１の負極Ｎとの間に接続されている。出力直流電圧回路４は、３個のバッテリ４ａを有し、各バッテリ４ａが正弦波フィルタ２３０の各フィルタリアクトル２３１と交流電源系統５０との間、及びインバータ回路２２０の２個の直流コンデンサ２２８の接続点と交流電源系統５０との間に挿入されている。
【００３４】
直流コンデンサ２２８の各電圧がそれぞれＥボルトの場合、バッテリ４ａの電圧をＥボルトに設定すれば、太陽電池１と大地間の浮遊静電容量Ｃｓを有する等価コンデンサ３の電圧は０ボルトとなる。従って、上記各実施の形態と同様の効果を奏する。
【００３５】
なお、以上の各実施の形態に示した昇圧チョッパ回路やインバータ回路は、他の構成のものであってもよい。
【図１】
2011024374.tif 000003
【図２】
2011024374.tif 000004
【図３】
2011024374.tif 000005
【図４】
2011024374.tif 000006
【図５】
2011024374.tif 000007
【図６】
2011024374.tif 000008
【図７】
2011024374.tif 000009
【図８】
2011024374.tif 000010
【図９】
2011024374.tif 000011
【図１０】
2011024374.tif 000012
【図１１】
2011024374.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月24日(2011.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を接地された交流電源系統に絶縁手段を介することなく接続する太陽光発電用パワーコンディショナであって、電力変換装置とバイアス印加装置とを有し、
上記電力変換装置は、上記太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換するものであり、
上記バイアス印加装置は、上記電力変換装置と上記交流電源系統との間に直列に挿入され上記太陽電池の負極側がマイナス電位にならないように上記太陽電池にバイアス電圧を与えるものである
太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項２】
上記太陽電池は、薄膜型太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項３】
上記バイアス印加装置は、上記直流電力の電圧の１／２以上のバイアス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項４】
上記バイアス印加装置は、コンデンサと充電回路とを有するものであって、
上記コンデンサは、上記電力変換装置と上記交流電源系統との間に直列に挿入されるものであり、
上記充電回路は、上記直流電力を上記コンデンサに充電して上記バイアス電圧を与えるものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項５】
上記コンデンサは、そのインピーダンスが上記交流電源系統のインピーダンスの５％以下に設定されたものであることを特徴とする請求項４に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項６】
上記コンデンサは、電解コンデンサであり、
ダイオードが設けられたものであって、
上記ダイオードはその陰極側が上記電解コンデンサの正極側に接続されるようにして上記電解コンデンサに並列に接続されたものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項７】
連系スイッチが設けられたものであって、
上記連系スイッチは、上記バイアス印加装置と上記交流電源系統との間に設けられ、上記バイアス印加装置の出力電圧が上記直流電力の電圧の１／２以上になったとき閉路されるものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項８】
上記交流電源系統は、三相の各相電源がスター結線されるとともに中性点が接地された三相スター結線交流電源系統であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【請求項９】
上記交流電源系統は、三相の各相電源がデルタ結線されるとともに一相が接地された三相デルタ結線交流電源系統であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の太陽光発電用パワーコンディショナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚが零ボルトあるいは非常に低い電圧の状態で連系スイッチ１０１を閉路し、インバータ回路２０から交流電流を流し始めると、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚが過渡的に逆充電される可能性がある。従って、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚを所定の電圧まで初期充電した後に連系スイッチ１０１を閉路し、インバータ回路２０から交流電流を流し始めることが望ましい。出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚを初期充電する際には、以下のようにＩＧＢＴ素子２１〜２５及び充電回路６３ｘ〜６３ｚをオンする。
Ｕ相の出力コンデンサ６１ｘ：ＩＧＢＴ素子２１と充電回路６３ｘ
Ｖ相の出力コンデンサ６１ｙ：ＩＧＢＴ素子２３と充電回路６３ｙ
Ｗ相の出力コンデンサ６１ｚ：ＩＧＢＴ素子２５と充電回路６３ｚ
初期充電電圧は、太陽電池１すなわち直流コンデンサ２８の電圧を２Ｅボルトとすると、初期充電時における出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚの目標電圧を例えば半分のＥボルトに設定し、太陽電池から出力される直流電力の電圧の１／２以上になったとき連系スイッチ１０１を閉路する。これにより、出力コンデンサ６１ｘ〜６１ｚが過渡的に逆充電されるのを防止する。
【国際調査報告】
2011024374.tif 000014
2011024374.tif 000015